李超 王華 宋紅梅 蘇靜

摘 要：概述粉煤灰漂珠的主要性能及主要分離提取工藝;闡述了粉煤灰漂珠在耐火、隔熱、吸附等材料中的應(yīng)用;進(jìn)而展望其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：粉煤灰;漂珠;提取分離

文章編號：2095-4085（2020）10-0060-03

隨著我國燃煤發(fā)電逐年增長，粉煤灰作為電廠的主要固體廢物排放量也逐年上升，因此對粉煤灰的資源再利用也顯得十分重要。漂珠是粉煤灰中硅酸鋁制空心微珠，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐腐蝕、耐高溫、親水性等一些優(yōu)點，在隔熱、吸附等材料中得到應(yīng)用[1，2]。

1 粉煤灰漂珠理化性能

根據(jù)微觀型模和成分特征，粉煤灰能分離出玻璃微珠、不規(guī)則多孔玻璃體和未燃盡炭粒等顆粒類型。其中玻璃微珠包括硅鋁制的空心或?qū)嵭奈⒅椤⒏哞F質(zhì)玻璃微珠（磁珠）、高鈣玻璃微珠[3，4]，其中硅鋁制空心玻璃微珠即為粉煤灰漂珠。粉煤灰漂珠在粉煤灰中占量較少，在0.5%～1.5%之間。

1.1 粉煤灰漂珠的物理性能

粉煤灰漂珠的形成機(jī)理還沒有確切定論，粉煤灰漂珠外觀呈銀灰色，具有玻璃光澤或珍珠光澤的透明或不透明的空心球體，粒徑主要分布40～100目之間，壁厚較薄，約占直徑的5%～8%，內(nèi)部中空或充滿CO2，N2氣體，密度小于1g/cm?，能漂浮水面[5]。熱穩(wěn)定性好，長時間在1000℃時粉煤灰漂珠大小和形狀不會發(fā)生明顯的變化。主要的一些物理性能如表1[6]。

1.2 粉煤灰漂珠的化學(xué)組成

粉煤灰漂珠的化學(xué)成分主要由SiO2，Al2O3組成，占比分別為60%和30左右，F(xiàn)e2O3，MgO，CaO，K2O等組分占比比粉煤灰中占比小。其礦物成分主要為玻璃相和晶質(zhì)相，結(jié)晶成分為莫來石和石英[7]。表2列出了山東省幾個電廠的粉煤灰漂珠的化學(xué)成分組成。

2 粉煤灰漂珠分離提取工藝

粉煤灰漂珠的分離提取根據(jù)介質(zhì)的不同可以分為干法分離和濕法分離。粉煤灰在堆放過程中會不可避免的摻入一些塊狀纖維狀雜質(zhì)，比如一些雜草、多孔灰渣、多孔碳粉等，密度多和粉煤灰漂珠相近，會干擾漂珠的分離，不管是干法分離還是濕法分離都要在分離之前去除掉這些雜質(zhì)。因為這些雜質(zhì)的體積一般大于粉煤灰顆粒，可以用20目的篩篩除雜質(zhì)。

2.1 粉煤灰漂珠干法分離

干法分離是根據(jù)粉煤灰顆粒物理性能不同利用分級篩、電選機(jī)、風(fēng)力分級機(jī)來提取粉煤灰漂珠的過程[6]，具體工藝流程如圖1所示。

干法分離直接將收塵設(shè)備收集的粉煤灰顆粒經(jīng)過分級篩，保留40～100目之間顆粒，篩出不規(guī)則顆粒，再經(jīng)過電選機(jī)分離出碳粒，經(jīng)過多次的磁選分離出具有磁性的磁珠，最后進(jìn)入風(fēng)力分選機(jī)分選出沉珠和漂珠。

2.2 粉煤灰漂珠濕法分離

濕法分離是根據(jù)粉煤灰中各顆粒密度不同以水為介質(zhì)來分離漂珠的過程，粉煤灰漂珠的表觀密度在0.40g/cm?～0.75g/cm?之間，要小于介質(zhì)水的1g/cm?，粉煤灰中沉珠、磁珠、不規(guī)則顆粒、碳粒的密度均大于1g/cm?，只有漂珠能夠漂浮水面，從而達(dá)到分離的目的。濕法分離工業(yè)流程具體如圖2所示。

粉煤灰和水按照一定的水料比例進(jìn)行攪拌混合，形成分散較為均勻的灰漿，在攪拌容器中靜置一段時間，使得粉煤灰顆粒進(jìn)行充分的沉降和漂浮，上浮到水面的即為漂珠，下沉到水底的為沉珠、磁珠、不規(guī)則顆粒和碳粒，靜置完成后，對水面的漂珠進(jìn)行打撈，并在干凈通風(fēng)的環(huán)境下進(jìn)行干燥，待水分揮發(fā)完全，得到純度較高的粉煤灰漂珠。

2.3 粉煤灰漂珠干濕法分離工藝對比

干法分離和濕法分離都能較高程度的提取粉煤灰漂珠，干法分離需要借助的設(shè)備多，分離過程復(fù)雜，難度較大，但是其提取率高，漂珠純度高，分離過程中也將其它的粉煤灰玻璃微珠分離開來，提高了粉煤灰的綜合利用率。其中的磁珠可以消除存在于傳輸線結(jié)構(gòu)電路中的RF噪音，而且具有很高的電阻率和磁導(dǎo)率;沉珠可用于塑料行業(yè)，增加橡膠強(qiáng)度和耐磨度[5]。相對于干法分離來說濕法分離借助的設(shè)備少、操作簡單、易于實現(xiàn)。缺點是周期長、得到的產(chǎn)品少。

2.4 粉煤灰漂珠的提純

經(jīng)過干法和濕法分離的粉煤灰漂珠中，還摻雜著一些多孔碳雜質(zhì)，因其密度、大小和漂珠相近，干法分離和濕法分離都很難將其分離出來，可以用焙燒法來進(jìn)行進(jìn)一步的提純處理，經(jīng)過焙燒后的粉煤灰漂珠純度能夠達(dá)到95%以上[5]。

3 粉煤灰漂珠的綜合應(yīng)用

粉煤灰漂珠因其具有的物理化學(xué)特性，致其具有體輕、耐磨、無毒、分散性、流動性、耐水性、耐酸堿性、耐高溫、電絕緣性、低導(dǎo)熱系數(shù)等許多優(yōu)良特性，自上世紀(jì)60年代起國內(nèi)外對粉煤灰漂珠的應(yīng)用研究熱度一直不減[2]。

3.1 粉煤灰漂珠在耐火隔熱材料中的應(yīng)用

我國五十年代時，主要用輕質(zhì)粘土磚作為熱處理爐的隔熱耐火材料，密度約在1.3g/cm?，容重大，且導(dǎo)熱系數(shù)高、蓄熱量大、缺點明顯。七十年代時，高純的高鋁耐火纖維問世，能夠耐1200℃的高溫，一旦溫度超過1200℃，纖維就會產(chǎn)生變形，收縮甚至粉化，且生產(chǎn)工藝復(fù)雜不成熟，制約推廣發(fā)展。近年來粉煤灰漂珠因其熱穩(wěn)定性能優(yōu)異、耐火溫度高、導(dǎo)熱系數(shù)小、密度小等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于耐火隔熱材料中。以粉煤灰漂珠為主要原料制成的體積密度為0.4g/cm?輕質(zhì)耐火磚其各項熱性能均優(yōu)于體積密度為1.3g/cm?的輕質(zhì)粘土磚[8]。

3.2 粉煤灰漂珠在吸附材料中的應(yīng)用

粉煤灰漂珠表面呈蜂窩狀，內(nèi)部多孔，具有很大的比表面積，可以用作吸附材料來凈化生活污水中的有害物質(zhì)，其效果媲美活性炭。但由于會有一些不定量水分、有機(jī)基團(tuán)和金屬離子占據(jù)粉煤灰漂珠中的孔隙，從而影響了粉煤灰漂珠的吸附作用，降低了其污水處理的能力。對粉煤灰漂珠進(jìn)行一些特殊處理，去除掉孔隙中的雜質(zhì)，起到增加孔隙，增大比表面積的作用，從而激活粉煤灰漂珠對污水處理的能力，這些處理方式叫做活化?，F(xiàn)在主要的活化方式分為物理活化法，包括機(jī)械球磨、微波輻射和高溫活化等;化學(xué)活化法，如酸活化、堿活化及表面活性劑活化等。對粉煤灰漂珠進(jìn)行一些特殊的改性處理，可以獲得具有不同吸附能力的改性粉煤灰漂珠。

3.3 粉煤灰漂珠在輕質(zhì)水泥、混凝土中的應(yīng)用

粉煤灰漂珠因為其具有高穩(wěn)定性、低密輕質(zhì)、耐高溫、流動性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高等優(yōu)點使得其和水泥具有很好的配伍性，將粉煤灰漂珠作為輕質(zhì)劑摻入到水泥漿體中，得到輕質(zhì)水泥漿體，能夠應(yīng)用在低壓地區(qū)的固井施工中。

粉煤灰漂珠也可以作為摻合料用在輕質(zhì)混凝土當(dāng)中，制備能夠漂浮在水面上的混凝土構(gòu)件，用于水面作業(yè)平臺建設(shè)及沼澤地上通道建設(shè)等工程。

4 展 望

粉煤灰漂珠作為一種廉價的再生資源，具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，且在越來越多的行業(yè)里得到了應(yīng)用，但有礙于分離提取技術(shù)的不純熟，影響了其向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程，因此需要更深層次的研究探索新的分離提取技術(shù)，從而達(dá)到提高產(chǎn)量和純度的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊慎通，劉彤，趙洋，等.粉煤灰漂珠隔熱材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].廣東化工，2013，10（40）：192-193.

[2]孫俊民，韓德馨.粉煤灰的形成和特性及其應(yīng)用前景[J].煤炭轉(zhuǎn)化，22（1）：10-14.

[3]陳學(xué)航，李焱，高文龍，等.粉煤灰漂珠提取及其在石油固井中的應(yīng)用[J].硅酸鹽通報，2015，35（5）：1320-1324.

[4]MATSUNAGA T，KIM J K，HARDCASTLE S，et al.Crystallinity and selected properties of fly ash particles[J].Materials Science & Engineering A，2002，325（1-2）： 333-343.

[5]楊贊中，劉玉金，楊贊國，等.粉煤灰漂珠的物理化學(xué)性能及綜合利用[J].2002，（05）：46-49.

[6]尹家枝.利用粉煤灰漂珠制備輕質(zhì)多孔狀隔熱材料的研究[D].天津：天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011：12.

[7]李尉卿，蘇彩麗，董中強(qiáng)，等.粉煤灰漂珠代替活性炭處理廢水的技術(shù)研究[J].粉煤灰，2000，（05）：26-28.

[8]平兆艷，文桂林，潘向萍，等. 粉煤灰漂珠處理含磷生活廢水[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） ，2018，38（3）：45-49.